Gaschen Rapport de Pfe

Projet de Fin d’Etudes LGV Rhin Rhône - Lots B2/B3/B4

Réalisation des hourdis des viaducs

Auteur : GASCHEN Mathieu INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil, Option Construction Tuteurs Entreprise : BOUVET Vincent Directeur de projet, GTM GCS

et

BORIA Roger Directeur de Travaux, GTM GCS

Tuteur INSA Strasbourg : HOTTIER Jean-Michel Professeur Agrégé de Génie Civil

Mathieu GASCHEN Projet de fin d’études

Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Dominique QUIVY et Monsieur Vincent BOUVET pour m’avoir accordé leur confiance et donné la possibilité d’effectuer mon PFE au sein du chantier de la LGV Rhin-Rhône et plus largement de l’entreprise GTM Génie Civil et Services.

J’adresse également mes plus vifs remerciements à mon tuteur, Monsieur Roger BORIA, pour son accueil, ses conseils et sa disponibilité malgré un emploi du temps fort chargé.

Particulièrement, je souhaite remercier Laurent DAUBENFELD, Nelly TEURLAY, Bertrand BRALY et Jean-François PERROD, avec qui j’ai travaillé tout au long de mon projet, pour leurs conseils souvent précieux et avisés mais également pour leur bonne humeur.

Enfin, j’associerai de même l’ensemble des personnes appartenant à la cellule Ouvrages d’Arts du chantier de la LGV pour m’avoir chaleureusement accueillis et fait part de leurs expériences.

Ce projet de fin d’études a été pour moi très riche d’enseignements et j’espère avoir donné satisfaction à l’entreprise à la hauteur de ce qu’elle m’a apporté comme expérience.

-2-


Résumé Sur le chantier des lots B2B-B3-B4 de la LGV Rhin-Rhône, quatre viaducs sont en cours de construction. D’une longueur totale de 1400m, ces viaducs ont un tablier mixte (charpente métallique et hourdis béton) et sont tous conçus selon une géométrie identique. L’entreprise GTM GCS a la charge de la réalisation des hourdis en béton de ces 4 viaducs. La solution technique retenue consiste à : - préfabriquer complètement le hourdis inférieur et le poser sur les semelles inférieures de la charpente - coffrer la partie centrale du hourdis supérieur à l’aide de prédalles - coffrer les encorbellements du hourdis supérieur à l’aide d’équipages mobiles

Afin de réaliser les dalles du hourdis inférieur et les prédalles du hourdis supérieur, un chantier de préfabrication foraine de dalles a été mis en place. L’ensemble des méthodes et des moyens, tant matériels qu’humains, ont donc été définis. Il s’agit alors de connaître précisément la géométrie des éléments à préfabriquer, afin de concevoir un outil de coffrage performant. Puis une installation de chantier adaptée aux besoins a été proposée. De même un planning de coulage et une procédure précise de suivi des éléments préfabriqués ont été imaginés. Ce travail a été réalisé dans le but d’optimiser la production. Enfin, après deux mois d’activité, un premier bilan financier de ce chantier de préfabrication a été réalisé dans le but de calculer le prix de revient de chacun des éléments préfabriqués.

Concernant les encorbellements du hourdis supérieur, il a été décidé de réutiliser l’équipage mobile ayant servi pour les viaducs de la LGV Est. Pour se faire, il a fallu déterminer, pour chaque viaduc, les différentes longueurs de plots de bétonnage à coffrer et leur ordre de réalisation. Puis, des modifications ont été apportées à la structure de l’équipage en vue de l’adapter aux nouvelles caractéristiques des viaducs de la LGV Rhin-Rhône.

Mots clés : tablier mixte, hourdis, préfabrication, équipage mobile

-3-


Sommaire INTRODUCTION ............................................................................................... 8 1. Présentation de la structure d’accueil ...................................................... 10 1.1.

Le groupe VINCI ............................................................................................ 10

1.2.

GTM Construction ......................................................................................... 11

1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4.

Historique ......................................................................................................... 11 Le groupe GTM Construction .......................................................................... 12 Directions régionales et filiales ........................................................................ 13 Les secteurs d’activité de GTM ....................................................................... 14

2. Le projet de la LGV Rhin-Rhône ............................................................. 15 2.1.

Trois branches complémentaires ................................................................... 15

2.2.

La branche Est ............................................................................................... 16

2.2.1. Le premier chantier de génie civil de France ................................................... 16 2.2.2. Le financement des travaux.............................................................................. 17 2.2.3. Phasage et calendrier ........................................................................................ 18 2.2.4. Le tronçon B : Chantiers GTM GCS et GTM Terrassement ........................... 19 2.2.5. Les différents acteurs du chantier des lots B2-B3-B4...................................... 20 2.2.5.1. Le maître d’ouvrage ..................................................................................... 20 2.2.5.2. Le maître d’œuvre ........................................................................................ 21 2.2.5.3. Les entreprises en participation.................................................................... 21

3. Le sujet du projet de fin d’études ............................................................. 22 3.1.

Présentation des viaducs................................................................................ 22

3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.

3.2.

Localisation ...................................................................................................... 22 Principales caractéristiques .............................................................................. 23 Les hourdis des viaducs.................................................................................... 25

Travail à réaliser............................................................................................ 27

4. La préfabrication foraine des dalles et des prédalles.............................. 29 4.1.

Le choix de la préfabrication foraine ............................................................ 29

4.2.

Le calepinage des dalles et des prédalles ...................................................... 30

4.2.1. 4.2.2.

Les contraintes dimensionnelles des éléments ................................................. 30 Le nombre d’éléments ...................................................................................... 31

-4-


4.3.

La géométrie des dalles et des prédalles ....................................................... 31

4.3.1. 4.3.2.

4.4.

Le coffrage des dalles et des prédalles .......................................................... 34

4.4.1. 4.4.2. 4.4.3.

4.5.

La géométrie des dalles .................................................................................... 31 La géométrie des prédalles ............................................................................... 33 Le coffrage prévu à l’étude .............................................................................. 34 L’utilisation des tables coffrantes..................................................................... 35 Cinématique de montage des coffrages............................................................ 36

Le levage et la manutention ........................................................................... 38

4.5.1. 4.5.2.

L’outil de levage............................................................................................... 39 Les boucles et ancres de levage........................................................................ 40

4.6.

Cinématique de mise en œuvre du béton et de décoffrage............................. 41

4.7.

Le stockage des éléments préfabriqués .......................................................... 44

4.8.

Le suivi des dalles et des prédalles ................................................................ 45

4.8.1. 4.8.2.

4.9.

L’identification des dalles ................................................................................ 45 Le planning de coulage journalier .................................................................... 46

L’installation de chantier de l’aire de préfabrication ................................... 48

4.9.1. 4.9.2. 4.9.3.

Surface nécessaire ............................................................................................ 48 L’emplacement de la plate-forme de préfabrication ........................................ 48 Le plan d’installation de chantier ..................................................................... 49

4.10. La pose des éléments préfabriqués ................................................................ 51 4.10.1. 4.10.2.

Le transport des dalles...................................................................................... 51 La pose des dalles............................................................................................. 51

4.11. La procédure Qualité – Sécurité – Environnement ....................................... 53 4.11.1. 4.11.2.

Définition de la procédure d’exécution ............................................................ 53 Le Plan d’Organisation des Contrôles.............................................................. 54

4.12. Le suivi financier des travaux de préfabrication ........................................... 54 4.12.1. 4.12.2.

Suivi et contrôle des dépenses.......................................................................... 54 Le calcul du coût de revient des éléments préfabriqués................................... 56

5. Equipages mobiles ...................................................................................... 57 5.1.

Cahier des charges de l’équipage mobile...................................................... 57

5.1.1. 5.1.2. 5.1.3.

5.2.

Description ....................................................................................................... 57 Caractéristiques ................................................................................................ 57 Contraintes supplémentaires ............................................................................ 59

Les équipages de la LGV Est ......................................................................... 59

5.2.1. 5.2.2. 5.2.3.

La réutilisation d’équipages existants .............................................................. 59 La structure des équipages mobiles.................................................................. 60 Cinématique d’utilisation de l’équipage........................................................... 61

-5-


5.3.

Les modifications apportées aux équipages................................................... 63

5.3.1. 5.3.2. 5.3.3.

Le raidissement de la structure des vaux.......................................................... 63 L’augmentation de l’entraxe des « C » ............................................................ 65 La vérification de la flèche totale de la structure ............................................. 67

CONCLUSION.................................................................................................. 68

-6-


Liste des figures Fig. 1.2.1. Historique de GTM construction ......................................................................................................... 11 Fig. 1.2.2.1 : Chiffre d’affaire de GTM Construction (en millions d’Euros)........................................................ 12 Fig. 1.2.2.2 : Effectifs de GTM Construction en 2005 .......................................................................................... 12 Fig. 2.1. : Les trois branches de la LGV Rhin-Rhône ........................................................................................... 15 Fig. 2.2. : Carte du tracé de la branche Est.......................................................................................................... 16 Fig. 2.2.2.: Répartition du financement des travaux............................................................................................. 17 Fig. 2.2.3. : Calendrier de la construction de la LGV Rhin-Rhône ...................................................................... 19 Fig. 3.1.1. : Tracé de la LGV sur les lots B2-B3-B4 et localisation des viaducs .................................................. 22 Fig. 3.1.2.1. : Photo montage du viaduc de Linotte .............................................................................................. 23 Fig. 3.1.2.2. : Perspective du viaduc de Quenoche............................................................................................... 24 Fig. 3.1.2.3. : Photo montage du viaduc de Corcelles .......................................................................................... 24 Fig. 3.1.3. : Coupe transversale type du tablier des viaducs ................................................................................ 26 Fig. 4.2.1.1. : Coupe de principe des dalles et prédalles sur la charpente ........................................................... 30 Fig. 4.2.1.2. : Perspective du positionnement des dalles entre deux diaphragmes............................................... 30 Fig. 4.3.1.1. : Vue en perspective des dalles prévues à l’étude............................................................................. 31 Fig. 4.3.1.2. : Vue en perspective des dalles préfabriquées .................................................................................. 32 Fig. 4.3.1.3. : Plan de principe et ferraillage d’une dalle..................................................................................... 32 Fig. 4.3.2.1. : Plan de principe d’une prédalle ..................................................................................................... 33 Fig. 4.3.2.2. : Vue en perspective d’une prédalle.................................................................................................. 33 Fig. 4.4.1. Coupe de principe du coffrage vertical de 4 dalles prévu lors de l’étude ........................................... 34 Fig. 4.4.2.1. : Vue du banc de préfabrication des prédalles ................................................................................. 35 Fig. 4.4.2.2 : Section d’une joue de coffrage de dalle........................................................................................... 35 Fig. 4.4.2.3. : Vue en perspective des joues de coffrage de dalle ......................................................................... 36 Fig. 4.4.3.1. : Schéma de principe du montage des tables coffrantes ................................................................... 36 Fig. 4.4.3.2. : Mise en place des IPE 400 sur un béton de propreté ..................................................................... 37 Fig. 4.4.3.3. : Mise en place des tables coffrantes sur les IPE ............................................................................. 37 Fig. 4.4.3.4. : Installation des joues de coffrage................................................................................................... 38 Fig. 4.4.3.5. : Le coffrage de 7 dalles est prêt à être coulé................................................................................... 38 Fig. 4.5.1.1. : Le chariot élévateur de 10 tonnes................................................................................................... 39 Fig. 4.5.1.2. : Crochet de levage pour fourches de chariot élévateur................................................................... 39 Fig. 4.5.2.1. : Détail du ferraillage de la dalle et de l’ ancre Artéon .................................................................. 41 Fig. 4.5.2.2. : Levage de la dalle avec manille spécifique .................................................................................... 41 Fig. 4.6.1. : Le béton est déversé dans le coffrage à la goulotte........................................................................... 42 Fig. 4.6.2. : Système de maintien des ancres Artéon............................................................................................. 42 Fig. 4.6.3. : L’élingage des dalles se fait au niveau du centre de gravité de la pièce........................................... 43 Fig. 4.6.4. : Le décoffrage est réalisé par simple levage à l’aide du chariot élévateur ........................................ 43 Fig. 4.7.1. : Principe de stockage des dalles préfabriquées.................................................................................. 44 Fig. 4.7.2. : Principe de stockage des prédalles ................................................................................................... 45 Fig. 4.8.2. : Exemple du planning de coulage des dalles au 15/05/07.................................................................. 47 Fig. 4.9.2. : L’aménagement de la plate-forme de préfabrication par GTM Terrassement.................................. 48 Fig. 4.9.3. : Plan d’installation du chantier de préfabrication ............................................................................. 50 Fig. 4.10.1. : Schéma du chargement sur la remorque ......................................................................................... 51 Fig. 4.10.2.1. : Coupe transversale de dalle sur la charpente .............................................................................. 52 Fig. 4.10.2.2. : Détail de l’écartement entre deux dalles consécutives................................................................. 52 Fig. 4.10.2.3. : Détail de l’écartement entre deux dalles consécutives................................................................. 52 Fig. 4.11.1. : Schéma fonctionnel de la procédure d’exécution ............................................................................ 53 Fig. 5.2.2. : Vue en 3 dimensions de la structure de l’équipage ........................................................................... 60 Fig. 5.2.3.1. : Décoffrage du plot précédemment bétonné .................................................................................... 61 Fig. 5.2.3.2. : Avancement de l’équipage sur la charpente................................................................................... 62 Fig. 5.2.3.3. : Coffrage du nouveau plot à bétonner ............................................................................................. 62 Fig. 5.3.1.1. : Configuration de l’équipage à deux profilés porteur de vaux........................................................ 63 Fig. 5.3.1.2. : Configuration de l’équipage à trois profilés porteur de vaux ........................................................ 64 Fig. 5.3.2.1. : Plan d’un ski avant modification.................................................................................................... 66 Fig. 5.3.2.2. : Plan du ski rallongé ....................................................................................................................... 66

-7-


INTRODUCTION Sur le chantier des lots B2-B3-B4 de la LGV Rhin-Rhône, l’entreprise GTM Génie Civil et Services a en charge la construction de quatre viaducs : le viaduc de Linotte (362m), le viaduc de Quenoche (420m), le viaduc de Corcelles (450m) et le viaduc de l’Ognon (175m). Ces viaducs sont réalisés en tabliers mixtes représentant une longueur totale de 1400m. La solution technique retenue pour la réalisation des hourdis de ces 4 viaducs consiste à : - préfabriquer complètement le hourdis inférieur et le claver sur les semelles inférieures avec un béton coulé en place - coffrer la partie centrale de l’intrados du hourdis supérieur à l’aide prédalles - coffrer les encorbellements du hourdis supérieur à l’aide d’équipages mobiles

Prédalle : coffrage perdu du hourdis supérieur Encorbellement coffré à l’aide de l’équipage mobile Hourdis inférieur préfabriqué Vue en perspective du tablier des viaducs

Dès le mois de novembre 2006, les fondations des ouvrages et les premières levées de piles sont réalisées. Cependant, alors que les appuis des viaducs sortent tout juste de terre, il est d’ores et déjà nécessaire de penser à la réalisation future des tabliers. Afin de travailler sur ce sujet et dans le cadre de mon Projet de Fin d’Etudes, j’ai intégré l’équipe travaux de la cellule Ouvrage d’Arts du chantier dès le mois de février 2007. Ainsi, durant les 5 mois de projet, j’ai étudié les différentes sujétions propres à la réalisation des hourdis de ces viaducs. J’ai ainsi défini l’ensemble des méthodes et des moyens, tant matériels qu’humains, nécessaires à l’exécution des différents travaux. La charpente métallique du premier viaduc étant approvisionnée sur le chantier dès le mois de mars 2007, j’ai été directement confronté à des impératifs de réussite du point de vue des délais de production et de la qualité des travaux, mais également au niveau financier. -8-


Dans un premier temps, j’ai travaillé sur le sujet des dalles et des prédalles préfabriquées dans le but d’optimiser leur production. J’ai ainsi déterminé leurs géométries, l’outil de coffrage, les moyens nécessaires, les différentes méthodes liées au chantier de préfabrication, et la pose des éléments sur la charpente des viaducs. Ayant participé au lancement de ces travaux de préfabrication, j’ai mis en place un planning de réalisation et un système de suivi des éléments. Puis, j’ai déterminé le coût de revient d’une telle opération. Dans un second temps, j’ai étudié la réutilisation de l’équipage mobile de la LGV Est, outil coffrant des encorbellements du hourdi supérieur. J’ai ainsi déterminé les longueurs de plots de bétonnage et leur ordre de réalisation. Puis j’ai participé à la définition des modifications à apporter à l’équipage mobile en vue de l’adapter aux caractéristiques de la LGV Rhin-Rhône.

-9-


1. Présentation de la structure d’accueil 1.1.

Le groupe VINCI

GTM Construction est une des entreprises appartenant au groupe VINCI, premier groupe mondial de concession, de construction et des services associés. VINCI en quelques chiffres : • 128000 salariés dans le monde dont 74 000 en France • 2500 implantations locales • 250000 chantiers par an dans plus de 80 pays • 25,6 milliards d’euros de chiffre d’affaire en 2006 • 1270 millions d’euros de résultat net en 2006 Les secteurs d’activités du groupe : Vinci concession (4,3 milliards d’euros de chiffre d’affaires en 2006). Intervient en conception, construction, financement et exploitation dans 4 domaines : infrastructures autoroutières, stationnement ; secteur aéroportuaire et grands ouvrages, comme le stade de France) Vinci Energie (3,7 milliards d’euros de chiffre d’affaires en 2006) leader en France et acteur de premier plan en Europe des technologies des énergies et de l’information, exerce quatre métiers complémentaires (ingénierie, ensemblier, réalisation et maintenance) dans les secteurs des infrastructures d’énergie, de l’industrie, du tertiaire et des télécommunications. Vinci Route (7,3 milliards d’euros de chiffre d’affaires en 2006). Avec Eurovia , c’est l’un des leaders européens des travaux routiers et du recyclage des matériaux et le premier producteur français de granulats routiers. L’activité d’Eurovia s’organise autour de quatre métiers : les travaux routiers, la production de matériaux, l’aménagement du cadre de vie et de l’environnement et les services. Vinci Construction (10,7 milliards d’euros de chiffre d’affaire en 2006). numéro un français et major mondial du BTP, Vinci construction réunit un ensemble sans équivalent d’expertises dans les domaines du bâtiment, du génie civil, des travaux hydrauliques, de la maintenance multi-technique et des services. Fortement ancré sur ses marchés locaux en France, en Europe et en Afrique, il est aussi un acteur majeur sur le marché mondial de la conception-construction de grands projets et du génie civil spécialisé. Ainsi, GTM construction est une des six entités de Vinci Construction. - 10 -


1.2.

GTM Construction

1.2.1. Historique Dans les années 1800, la ville de Marseille est frappée par de nombreuses épidémies dont plusieurs millions de personnes en seront victimes. Il est alors question de donner à Marseille un réseau d’assainissement moderne. Ainsi, la société des Grands Travaux de Marseille (GTM) est créée en 1891 par les milieux d’affaires marseillais pour construire un réseau d’égouts moderne dans la cité phocéenne. Les travaux dirigés par Charles Rebuffel hissent rapidement GTM au premier rang de l’industrie française de travaux publics. Ce premier contrat de GTM se solde par une incontestable réussite technique mais également par des problèmes financiers. Ainsi, pour assurer le développement de l’entreprise, les dirigeants ont misé sur de nouvelles activités telles que les routes, le bâtiment et les équipements électriques Dès 1900, GTM s’implante dans les colonies françaises ainsi que dans de nombreux pays étrangers. Entre 1902 et 1913, GTM assoit son activité sur les grands chantiers qu’elle remporte à l’étranger ; elle y réalise 70 % de ces profits. Vingt ans plus tard, GTM est la première entreprise française de génie civil. En 1980, GTM s’est rapprochée de ENTREPOSE, une société métallurgique, qui lui apporte une ouverture sur les marchés du Moyen-Orient et l’Amérique Latine. En 1986, DUMEZ (une entreprise consolidée dans le domaine du béton armé), prend des participations dans GTM-Entrepose. Dix ans plus tard a lieu la fusion et la nouvelle entité est baptisée Groupe GTM. Finalement, depuis le 1er octobre 2000, le groupe VINCI a pris le contrôle de GTM en recueillant 97.4% des actions du Groupe GTM et ainsi fusionner le 19 décembre 2000.

Fig. 1.2.1. Historique de GTM construction - 11 -


1.2.2. Le groupe GTM Construction Présent sur l’ensemble du territoire français à travers un réseau d’une centaine d’implantations organisées en sept directions régionales, GTM construction exerce l’ensemble des métiers de la construction : le bâtiment, le génie civil, les travaux publics, la géovalorisation ainsi que les métiers de spécialité. L’étendue de ses savoir-faire, associée à un fort potentiel d’innovation, lui permet d’apporter à chaque projet la meilleure réponse constructive, à tous les stades de sa mise en œuvre.

GTM en quelques chiffres : •

Une centaine d’implantations régionales La mise en œuvre annuelle de 2 500 chantiers • Un chiffre d’affaires de plus de 1,9 Milliard d’euros • Plus de 10 000 collaborateurs •

Le groupe GTM Construction, société du Groupe VINCI, se place aux premiers rangs des entreprises de construction en France.

Fig. 1.2.2.1 : Chiffre d’affaire de GTM Construction (en millions d’Euros)

Fig. 1.2.2.2 : Effectifs de GTM Construction en 2005

- 12 -


1.2.3. Directions régionales et filiales GTM Construction dont le Président Directeur Général est Monsieur Robert Hosselet est implanté sur tout le territoire Français à travers sept directions régionales : •

La direction régionale Ile de France : 2400 collaborateurs, répartis dans ses 16 entités, 660 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2005.

•

La direction régionale Sud : 2150 collaborateurs, répartis dans ses 20 entités, 450 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2005.

•

La direction régionale Rhône-Alpes, Auvergne, Bourgogne : 1300 collaborateurs répartis dans ses 14 entités, 225 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2005.

•

La direction régionale Ouest : 928 collaborateurs, répartis dans ses 9 entités, 125 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2005.

•

La direction régionale Sud Ouest : 790 collaborateurs, répartis dans ses 9 entités, 134 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2003.

•

La direction régionale Nord : 315 collaborateurs, 45 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2005, et 50 millions d'euros prévus pour l'exercice 2006.

•

La direction régionale Est : 190 collaborateurs, 40 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2005, et 42 millions d'euros prévus pour l'exercice 2006.

•

A ces sept directions régionales s’ajoute le pôle géovalorisation : 1610 collaborateurs, 280 millions d’euros de chiffre d'affaires sur l’exercice 2004.

- 13 -


1.2.4. Les secteurs d’activité de GTM Avec ses antennes régionales et ses filiales spécialisées, GTM ouvre un large panel de compétences dans les domaines du bâtiment, de la géovalorisation, des travaux publics, du génie civil et des différents métiers de spécialité. Le bâtiment : • • • • • •

Travaux - publics ; génie-civil : • • • • •

Bâtiment Neuf Restructuration Réhabilitation Métiers de spécialité Multiservices Géovalorisation

Spécialité/services

Bâtiment

TP/Génie-civil

Métiers de spécialité et Services • • • • •

Ouvrages d’art neufs et rénovation Génie-civil industriel et sanitaire Pistes d’aéroport et chaussées béton Canalisation, assainissement Travaux maritimes et fluviaux

Géovalorisation : • • • •

Charpentes en lamellé-collé Montages immobiliers Précontrainte Traitement des eaux Multiservices

Terrassement Démolition-Dépollution Désamiantage Assainissement nucléaire

GTM est donc une entreprise présentant des secteurs d’activités variés et complémentaires. Au-delà d’une connaissance parfaite et globale de son métier, le point fort de GTM réside dans sa capacité à associer des compétences très spécialisées à un réel savoir-faire. Cette offre pluridisciplinaire permet d’apporter à chaque projet la meilleure solution constructive. De plus, la multiplicité de ses compétences permet à GTM Construction d'initier, de concevoir, de piloter, de construire et de réhabiliter tous les types d'ouvrages, et d'assurer les prestations de services associés. La qualité de ses réalisations et le nombre de ses références témoignent de l'engagement permanent du Groupe en matière de recherche, d'innovation et de respect de l'environnement.

- 14 -


2. Le projet de la LGV Rhin-Rhône Premier projet de Ligne à Grande Vitesse province-province, la LGV Rhin-Rhône constituera un maillon essentiel de l’Europe à grande vitesse. La future ligne permettra la mise en relation d’un grand nombre de territoires. Au total 12 régions françaises métropolitaines sur 21 bénéficieront du projet : • •

sur l'axe Nord-Sud : Alsace, Bourgogne, Franche-Comté, Languedoc-Roussillon, Lorraine, Midi-Pyrénées, Provence-Alpes-Côte d'Azur, Rhône-Alpes… sur l’axe Est-Ouest : Bretagne, Ile-de-France, Nord-Pas-de-Calais, Pays de la Loire.

De plus, le réseau actuel et futur de Ligne à Grande Vitesse en Europe met en évidence la position stratégique qu'occupera la liaison Rhin-Rhône, au niveau de la mise en relation des territoires européens. Ainsi, les pays particulièrement concernés sont : l’Allemagne, la Suisse alémanique et romande, la Grande-Bretagne, la Belgique, l'arc méditerranéen.

2.1.

Trois branches complémentaires

La Ligne à Grande Vitesse Rhin-Rhône est composée de trois branches : la branche Est, la branche Ouest et la branche Sud. Le projet complet de la LGV Rhin-Rhône peut être schématisé par une étoile à 3 branches : • la branche Est, entre l'agglomération dijonnaise (Genlis) et l'agglomération mulhousienne (Lutterbach), avec 190 km de ligne nouvelle, • la branche Ouest, depuis l'extrémité ouest de la branche Est vers la région parisienne en passant par Dijon, • la branche Sud, qui part de l’intersection des autres branches vers l’agglomération.

Fig. 2.1. : Les trois branches de la LGV Rhin-Rhône - 15 -


2.2.

La branche Est

La première tranche de la branche Est reliera Villers-les-Pots (à l’Est de Dijon) à Petit-Croix (au Sud-est de Belfort). Les travaux de réalisation de cette ligne à grande vitesse ont commencé en juillet 2006 pour une mise en service prévue fin 2011.

Fig. 2.2. : Carte du tracé de la branche Est

Le programme de la 1ère tranche de la LGV Rhin-Rhône Branche Est, sous maîtrise d'ouvrage de Réseau Ferré de France, comprend : • 140 km de ligne nouvelle entre Villers-les-Pots (21) et Petit-Croix (90), • 2 gares nouvelles desservant les agglomérations de Besançon, de Belfort et de Montbéliard, • 4 raccordements au réseau ferré classique, • Les travaux d'aménagement des gares existantes, • La création des installations de remisage des rames, • Les travaux d'adaptation et d'amélioration des lignes classiques.

2.2.1. Le premier chantier de génie civil de France Réseau Ferré de France, maître d'ouvrage, est responsable de la conduite de l'ensemble du projet. Sous sa responsabilité, les maîtres d’œuvre sont chargés du pilotage des entreprises qui réalisent les travaux de construction de la ligne.

- 16 -


Ces travaux consistent essentiellement en : • des terrassements (déblais et remblais) et l'assainissement des plates-formes, • des ouvrages d'art (viaducs, ponts, tranchées couvertes et non couvertes), • le rétablissement des voies de communication (passage des hommes et des animaux). • Le descriptif général de chaque tronçon de génie civil est le suivant : - le tronçon A : linéaire de 60 km entre Villers-les-Pots (Côte d'Or) et Chevroz (Doubs), - le tronçon B : linéaire de 55 km entre Voray-sur-l'Ognon (Haute-Saône) et Saulnot-Corcelles (Haute-Saône), - le tronçon C : linéaire de 30 km entre Villers-sur-Saulnot (Haute-Saône) et PetitCroix (Territoire de Belfort). Ce projet est le plus grand chantier de Génie Civil jamais encore réalisé en France comme le prouvent ces quelques chiffres : • Un tracé de 140 km, dont 40 % en forêt, • 85 communes concernées, • 6 000 emplois liés au chantier, • 160 ponts, • 12 viaducs, • 1 tunnel de 2 km de long, • 400 km de clôtures, • 500 000 traverses, • 2 gares nouvelles, • 30 millions de m3 de déblais (4 fois le volume extrait du tunnel sous la Manche), • 22 millions de m3 de remblais.

2.2.2. Le financement des travaux Les ressources mobilisées pour la première phase de la LGV Rhin-Rhône s’élèvent à 2,312 milliards d’euros cofinancés par l’Etat, Réseau Ferré de France, l’Union européenne, la Suisse et les 3 régions traversées : la Bourgogne, la Franche-Comté et l’Alsace.

Fig. 2.2.2.: Répartition du financement des travaux - 17 -


En Millions d'€ ÉTAT RÉSEAU FERRÉ DE FRANCE UNION EUROPÉENNE SUISSE FRANCHE-COMTÉ Conseil Régional de Franche-Comté Conseil Général du Doubs Conseil Général du Territoire de Belfort Conseil Général de Haute-Saône Communauté d’Agglomération du Grand Besançon Communauté d’Agglomération du Pays de Montbéliard Communauté d’Agglomération Belfortaine ALSACE Conseil Régional d’Alsace Conseil Général du Haut-Rhin Communauté d’Agglomération de Mulhouse Conseil Général du Bas-Rhin Communauté Urbaine de Strasbourg Ville de Colmar BOURGOGNE Conseil Régional de Bourgogne Conseil Général de Côte d’Or Communauté d’Agglomération Dijonnaise

751 642 200 66 316 189,6 39,0 25,5 17,1 13,2 9,2 9,2 206 104,7 53,1 15,4 12,9 12,9 7,0 131 68,1 31,4 31,4

2.2.3. Phasage et calendrier La construction de la ligne va être réalisée en 2 phases : les terrassements et les ouvrages d’art entre 2006 et 2009, les équipements ferroviaires proprement dits (pose des rails et des caténaires, installation de la signalisation, mise en place des clôtures) entre 2009 et 2011.

- 18 -


Fig. 2.2.3. : Calendrier de la construction de la LGV Rhin-Rhône

2.2.4. Le tronçon B : Chantiers GTM GCS et GTM Terrassement Le tronçon B, d’une longueur de 55 km entre Voray-sur-l'Ognon (Haute-Saône) et SaulnotCorcelles (Haute-Saône), est partagé en 4 lots. Le lot B1 a été confié en réalisation au groupe Eiffage. En revanche, les travaux des lots B2-B3-B4 sont exécutés par les entreprises GTM Génie Civil et Service et GTM Terrassement. La nature des travaux sur ces trois lots se répartit comme suit : Lot n°B2 • Construction des viaducs ferroviaires de la Quenoche (420 m) et de la Linotte (362m) (Haute-Saône), y compris blocs techniques. Lot n°B3 • Réalisation des travaux de terrassement, hydrauliques, ouvrages d'art et rétablissements des communications entre Ormenans et Saulnot (Haute Saône). Principales caractéristiques Longueur : 37 km Ouvrages : 14 ponts rails, 23 ponts routes, 13 ouvrages hydrauliques et 1 ouvrage d’art non courant de type bipoutre à ossature mixte. Lot n°B4 Construction du viaduc ferroviaire de Corcelles (445 m) (Haute-Saône), blocs techniques compris. - 19 -


2.2.5. Les différents acteurs du chantier des lots B2-B3-B4 2.2.5.1. Le maître d’ouvrage Le maître d’ouvrage de la LGV Rhin-Rhône est Réseau Ferré de France. Réseau Ferré de France est créé en 1997. Propriétaire et gestionnaire des infrastructures ferroviaires, RFF a pour objet l’aménagement, le développement, la cohérence et la mise en valeur du réseau ferré national. Gestionnaire, maître d’ouvrage et propriétaire du réseau ferré national, RFF se voit confier cinq missions principales : • Exploiter et entretenir le réseau La gestion du trafic ainsi que le fonctionnement et l’entretien du réseau sont assurés par la SNCF pour le compte de RFF. La SNCF est rémunérée par RFF qui fixe les objectifs et définit chaque mission. •

Organiser les circulations L’organisation des circulations ferroviaires relève de la responsabilité de RFF. Les enjeux sont de trois ordres : améliorer la rentabilité des sillons, satisfaire à la fois la demande des différents types de transport – grandes lignes, régional, fret – et garantir un accès équitable au réseau transeuropéen de fret ferroviaire.

• Aménager et développer le réseau RFF est responsable de la conception, de la programmation, du financement et de la réalisation des investissements sur le réseau ferré national (maintenance lourde, amélioration du réseau existant, construction de lignes nouvelles). Il aménage et développe le réseau ferroviaire national dans une double perspective : celle du service public de transport et celle du développement durable. • Gérer le patrimoine RFF est propriétaire de la majeure partie du patrimoine ferroviaire, soit près de 110.000 hectares de terrain. Acteur du développement local, il accompagne les collectivités dans la définition de leurs projets et dans le choix des opérateurs. •

Gérer la dette RFF gère une dette de 26,5 milliards d’euros. Afin d’assurer le service de cette dette et le financement de ses investissements, il opère sur les marchés financiers.

- 20 -


2.2.5.2. Le maître d’œuvre Le maître d’œuvre du chantier des lots B2-B3-B4 est SCETAUROUTE filiale du Groupe EGIS.

Créée en 1970, Scetauroute est une société d’ingénierie spécialisée dans le domaine des infrastructures de transport (routes, autoroutes, voies ferrées...). Ses prestations couvrent les études, le contrôle de travaux, la maîtrise d’œuvre, l'assistance à maîtrise d’ouvrage, le management de projets appliqués aux grands projets d’infrastructures. Ainsi, l'offre de l’entreprise Scetauroute s'appuie sur trois pôles de compétences : • L'ingénierie • Le montage de projet (en partenariat public-privé) • L'exploitation d'infrastructures En 2005, la société Scetauroute regroupe 776 personnes dont 75 % de cadres (ingénieurs et techniciens), pour un chiffre d’affaire de 111 millions d’Euros.

2.2.5.3. Les entreprises en participation Le chantier de la LGV est partagé en 4 lots : travaux de terrassement, travaux d’assainissement, chantiers d’ouvrages d’art et travaux de rétablissement. Afin d’obtenir le marché, différentes entreprises ont constitué un groupement appelé SEP : Société en Participation. C’est une entreprise temporaire où chaque associé doit apporter au chantier les moyens humains, matériels et financiers à hauteur de leur part de marché. La répartition des différentes entreprises par lots est la suivante :

TERRASSEMENT

ASSAINISSEMENT

OUVRAGES D’ART

RETABLISSEMENT

Ainsi, j’ai effectué mon projet de fin d’études au sein de la cellule Ouvrages d’art du chantier des lots B2-B3-B4 et j’ai été intégré à l’entreprise GTM Génie Civil et Services.

- 21 -


3. Le sujet du projet de fin d’études Sur le chantier des lots B2-B3-B4 de la LGV Rhin-Rhône, la cellule Ouvrage d’art de l’entreprise GTM a la charge de construire 4 viaducs en tabliers mixtes (Soit 1400 m de tabliers). Il s’agit sur le lot B2 des viaducs de la Linotte (362m) et de la Quenoche (420m), sur le lot B2 du viaduc de l’Ognon (175m) et sur le lot B4 du viaduc de Corcelles (445m).

3.1.

Présentation des viaducs

3.1.1. Localisation Les viaducs de Linotte et de Quenoche constituent le lot B2. Ils se trouvent à l’extrémité Ouest du chantier. Le viaduc de Corcelles se trouve dans le lot B4, à l’extrémité Est du chantier. Le viaduc de l’Ognon est situé au milieu du lot B3 (TOARC), sur la commune de Thieffrans à proximité de la centrale à béton du chantier.

Fig. 3.1.1. : Tracé de la LGV des lots B2-B3-B4 et localisation des viaducs

- 22 -


3.1.2. Principales caractéristiques

Les trois viaducs des lots B2 et B4 (Linotte, Quenoche, Corcelles) sont conçus de la même manière. En effet, la géométrie des piles est identique et seule leur hauteur change. Les tabliers sont également identiques et seules les sections de charpente changent en fonction des portées. La construction de ces trois viaducs représente un budget global de 45 millions d’euros.

Le viaduc de Linotte :

Fig. 3.1.2.1. : Photo montage du viaduc de Linotte

7 piles 2 culées description de l'ouvrage

LINOTTE longueur de l'ouvrage volume de béton poids d'armatures charpente métallique

362 10 100 1 545 1 200

la plus haute P3 classiques

fondations superficielles batardeaux pieux m m3 t t

- 23 -

30 m

3 appuis 5 appuis 1 appui

12 pieux

100 ml


Le viaduc de Quenoche :

Fig. 3.1.2.2. : Perspective du viaduc de Quenoche 7 piles 2 culées description de l'ouvrage

QUENOCHE longueur de l'ouvrage volume de béton poids d'armatures charpente métallique

420 12 500 1 913 1 900

la plus haute P2 creuses

fondations superficielles batardeaux pieux m m3 t t

18,5 m

1 appuis 7 appuis 1 appui

Le viaduc de Corcelles :

Fig. 3.1.2.3. : Photo montage du viaduc de Corcelles

- 24 -

12 pieux

200 ml


description de l'ouvrage

CORCELLES

longueur de l'ouvrage volume de béton poids d'armatures charpente métallique

8 piles 2 culées

445 16 000 2 448 2 000

la plus haute P5-P6 creuses

fondations pieux m m3 t t

22,4 m

10 appuis

69 pieux

1200 ml

Le viaduc de l’Ognon : 5 piles 2 culées

4,5 m Classique

description de l'ouvrage

OGNON longueur de l'ouvrage volume de béton poids d'armatures charpente métallique

175 5 000 1 000 700

fondations superficielles batardeaux m m3 t t

2 appuis 5 appuis

3.1.3. Les hourdis des viaducs Les 1400 m de tablier de ces viaducs sont tous identiques et conçus selon la même géométrie. En effet, la solution technique retenue pour la réalisation des hourdis consiste à : • préfabriquer complètement le hourdis inférieur et le claver sur les semelles inférieures avec un béton coulé en place, • coffrer la partie centrale de l’intrados du hourdis supérieur à l’aide de prédalles, • coffrer les encorbellements du hourdis supérieur à l’aide d’équipages mobiles.

- 25 -


Fig. 3.1.3. : Coupe transversale type du tablier des viaducs - 26 -


3.2.

Travail à réaliser

Le sujet du Projet de Fin d’Etudes porte sur la réalisation des hourdis inférieurs et supérieurs des viaducs. Il s’agit d’étudier les différentes sujétions propres à leurs réalisations. L’ensemble des méthodes et des moyens, tant matériels qu’humains, sont à définir. De plus, l’étude et le suivi budgétaire des différentes tâches sont à réaliser et à comparer au budget prévisionnel défini dans le marché. Enfin, du point de vue de la sécurité, de la qualité et de l’environnement, l’ensemble des Fiches de suivi et des Plans d’Organisation des Contrôles sont à rédiger et à suivre. Ainsi, le sujet du PFE comporte 4 thèmes principaux : 1. La réalisation du hourdis inférieur : • préfabrication des dalles, • pose et clavage des éléments préfabriqués sur la charpente. 2. La réalisation du coffrage perdu du hourdis supérieur : • préfabrication des prédalles, • pose des prédalles, • étaiement des éléments préfabriqués en vue du coulage du hourdis supérieur. 3. Le coffrage des encorbellements à l’aide d’équipages mobiles : • détermination des méthodes et de la cinématique de coulage des plots de béton, • adaptations et modifications de l’équipage mobile utilisé sur la LGV Est (Interface équipage/charpente/prédalles). 4. Le suivi budgétaire des travaux.

Le schéma heuristique suivant présente ces différents thèmes et montre comment ils s’articulent entre eux.

- 27 -


- 28 -


4. La préfabrication foraine des dalles et des prédalles Lors de mon PFE, l’un de mes plus importants travaux fut la conception, la mise en place et le suivi du chantier de préfabrication des dalles et des prédalles nécessaires à la réalisation des tabliers des viaducs. Ce véritable chantier au sein même du chantier de la LGV a constitué un réel challenge tant au niveau de la réussite financière que du point de vue de la qualité des éléments préfabriqués.

4.1.

Le choix de la préfabrication foraine

Lors de l’étude de prix, deux solutions étaient préconisées quant à la préfabrication des dalles et des prédalles des viaducs. La première était de solliciter une entreprise extérieure de préfabrication d’éléments béton. La seconde solution était d’opter pour une préfabrication des éléments sur le site même du chantier de la LGV. Après un calcul du coût de revient, la solution de préfabrication foraine a été préférée. En effet, elle offre de nombreux avantages et cela à différents points de vue. Tout d’abord, même si les dimensions des éléments sont particulièrement imposantes, leur géométrie n’est pas compliquée. Ainsi, il s’est avéré possible de s’abstenir de coffrages complexes et de lourds moyens de décoffrage et levage (Techniques que l’on peut trouver dans des usines spécialisée de préfabrication telle que KP1, Rector, Socarel, …). De plus, le chantier de la LGV offre de nombreux sites permettant l’installation de l’unité de préfabrication et le stockage des éléments et sur un chantier de cette envergure, aucun risque de pénurie de main d’œuvre.

- 29 -


4.2.

Le calepinage des dalles et des prédalles

Tout d’abord, j’ai déterminé le calepinage des dalles. Cette première étape fixe le nombre d’éléments à préfabriquer ainsi que leurs longueurs et largeurs. (Voir annexes 1 et 2 : Détail du calepinage des dalles et des prédalles du viaduc de Quenoche)

4.2.1. Les contraintes dimensionnelles des éléments Les éléments doivent prendre appui sur les deux poutres PRS de la charpente principale. Les dalles sont positionnées sur les semelles inférieures des PRS et les prédalles sur les semelles supérieures. L’espacement entre les deux poutres PRS est égal quelque soit le viaduc. Ainsi, les éléments préfabriqués ont tous la même longueur : - les dalles mesurent 5,24 m - les prédalles mesurent 5,42 m.

Fig. 4.2.1.1. : Coupe de principe des dalles et prédalles sur la charpente La largeur des éléments se doit d’être variable. En effet, tout au long des viaducs se trouvent de nombreux diaphragmes partageant ainsi chaque viaduc en travures de longueurs variables (de 9,75 à 11,75 m). Il s’agit donc de poser un nombre entier d’éléments préfabriqués entre chaque diaphragme. Poutre PRS

Dalle

Diaphragme Fig. 4.2.1.2. : Perspective du positionnement des dalles entre deux diaphragmes - 30 -


Le nombre de 4 dalles semble être le meilleur compromis car il impose ainsi une largeur de dalle variable mais inférieure à 3,00 m pour l’ensemble des viaducs. Ce choix est important car il s’agit de penser au transport des éléments depuis l’aire de préfabrication jusqu’au chantier des viaducs (distance de 20km environ). Une largeur supérieure à 2,50m impose déjà un transport par convoi exceptionnel de catégorie 1 et, d’un point de vue logistique et financier, un convoi exceptionnel d’une catégorie supérieure n’était pas envisageable.

4.2.2. Le nombre d’éléments Les contraintes dimensionnelles des éléments à préfabriquer ont donc été définies. Ainsi, à partir des plans de chacune des charpentes fournis par l’entreprise Eiffel, il a été possible de déterminer le nombre des dalles et des prédalles à préfabriquer.

4.3.

Viaduc

Nombre de dalles

Nombre de prédalles

Linotte Quenoche Ognon Corcelles TOTAL =

144 152 72 172 540

144 152 72 172 540

La géométrie des dalles et des prédalles

Afin de garantir des cadences de coulage et des coûts relativement compétitifs, j’ai été amené à repenser la géométrie des dalles et des prédalles par rapport aux plans type du marché. Le but était de garantir une facilité de pose des dalles ainsi qu’un coffrage simple d’utilisation et donc peu onéreux. (Voir le plan de coffrage des dalles du viaduc de Linotte et le plan de coffrage des prédalles du viaduc de Linotte fourni en annexe)

4.3.1. La géométrie des dalles D’après les plans type du marché, les dalles devaient avoir deux goussets de part et d’autre afin de laisser des aciers en attente horizontaux permettant de clave la dalle sur la charpente métallique. Gousset en bord de dalle

Aciers horizontaux en attente

Fig. 4.3.1.1. : Vue en perspective des dalles prévues à l’étude

Cependant, cette solution s’est très vite révélée complexe dans sa mise en œuvre. En effet, pour poser les dalles sur la charpente métallique, il faut les passer entre les deux semelles - 31 -


supérieures des poutres PRS. Or, la présence des aciers en attente ne permet pas le passage de la dalle. De plus, cette forme était compliquée à couler, et il s’agissait de définir un coffrage le plus simple possible afin de rester compétitif sur le plan financier (coffrage, main d’œuvre, levage, …). Ainsi, en accord avec la maîtrise d’œuvre, ces goussets sont supprimés et remplacés par deux décaissements. Dans ces décaissements, se trouvent des fers en attente verticaux qui permettent le liaisonnement de la dalle avec la longrine de clavetage. Décaissement et aciers en attente verticaux

Fig. 4.3.1.2. : Vue en perspective des dalles préfabriquées

Une fois cette modification acceptée, il s’est alors révélé possible de simplifier le coffrage en coulant, les dalles à plat. Aussi, pour rendre le décoffrage plus facile, il a été décidé de placer un fruit de 10% sur les côtés de la dalle. Ce fruit a pour but de réduire sensiblement l’effort d’adhérence du coffrage sur le béton et donc de diminuer l’effort nécessaire au décoffrage de la dalle.

Fig. 4.3.1.3. : Plan de principe et ferraillage d’une dalle - 32 -


4.3.2. La géométrie des prédalles La géométrie des prédalles a également été définie. Comme celles-ci sont utilisées en tant que coffrage perdu, leur épaisseur a été dimensionnée à 10cm par le bureau d’études. En effet, les prédalles sont non collaborantes, c'est-à-dire qu’elles ne servent en rien dans le calcul de résistance du tablier. Les prédalles sont donc uniquement dimensionnées sous leur propre poids et les charges dues à l’exécution des travaux (hommes, outillage, ferraillage du tablier, …). Lors de la phase de bétonnage du tablier, les prédalles sont accrochées à l’aide de tiges à l’équipage mobile. Cependant, toutes les études ont été exécutées avec l’hypothèse d’une hauteur de prédalle de 8cm. Il s’est donc avéré nécessaire de descendre les prédalles de 2cm, afin que le niveau final du tablier soit conforme au projet. Les prédalles possèdent donc engravure de 2cm dans les prédalles sur tout le pourtour.

Fig. 4.3.2.1. : Plan de principe d’une prédalle

Fig. 4.3.2.2. : Vue en perspective d’une prédalle

- 33 -


4.4.

Le coffrage des dalles et des prédalles

Une fois la géométrie des éléments à préfabriquer définie, j’ai conçu et fait réaliser le coffrage des dalles et des prédalles. Il s’agissait en effet de définir des coffrages permettant de couler des dalles de largeurs variables, avec les meilleures cadences possibles tout en mobilisant le moins de main d’œuvre à l’usage. (Voir le plan du banc de coffrage des dalles fourni en annexe)

4.4.1. Le coffrage prévu à l’étude L’étude initiale prévue au marché avait considéré l’utilisation d’un coffrage vertical en bois et béton permettant de couler 4 dalles en même temps. En effet, du fait de la présence initiale des goussets, l’utilisation d’un coffrage vertical semblait la mieux adaptée. Pourtant, ce type de coffrage est assez complexe à réaliser (noyau béton, banches et noyaux amovibles, …) et donc peu économique.

Fig. 4.4.1. Coupe de principe du coffrage vertical de 4 dalles prévu lors de l’étude

Or, du fait de la disparition des goussets dans la géométrie des dalles, il a été possible de modifier les méthodes de coulage et de réfléchir à un système de coffrage à plat des dalles. Ainsi, le choix s’est porté vers l’utilisation de grandes tables coffrantes en acier, permettant de couler horizontalement les éléments préfabriqués.

- 34 -


4.4.2. L’utilisation des tables coffrantes Afin de respecter les cadences, nous avons réalisé 3 bancs de préfabrication de dimensions quasi- semblables : 7 m x 20 m. Le premier banc permet de coffrer et couler 7 prédalles chaque jour. Les deux autres bancs sont utilisés en alternance un jour sur deux, et permettent de coffrer et couler un jour 6 dalles et le jour suivant 7 dalles. Par ce système, il est possible de décoffrer les prédalles après un temps de prise de 20 heures et les dalles après un temps de prise supérieur à 24 heures.

Fig. 4.4.2.1. : Vue du banc de préfabrication des prédalles La définition du coffrage s’est faite en partenariat avec la serrurerie du dépôt de GTM à SaintVulbas (69). Il s’agissait alors de définir les joues amovibles et les joues fixes du coffrage. Les joues de coffrage sont constituées de tôles pliées et sont façonnées avec un fruit de 10%. Ainsi, ce fruit permettra de limiter l’effort d’adhérence au décoffrage des dalles et d’éviter de démonter chaque jour l’ensemble des joues. Cette disposition fut prise dans l’optique d’un gain de temps certain pour la préfabrication. Des chanfreins 20x20 ont été disposé sur les arrêtes vives de béton, afin de ne pas risquer d’ébrécher les dalles lors des différentes manutentions et de la pose.

Fig. 4.4.2.2 : Section d’une joue de coffrage de dalle

- 35 -


Largeur variable

5,24 m Fig. 4.4.2.3. : Vue en perspective des joues de coffrage de dalle

4.4.3. Cinématique de montage des coffrages La serrurerie du dépôt de GTM a fourni les tables, et fabriqué les joues de coffrage. Une fois la livraison sur le chantier effectuée, il a fallu procéder au montage des tables coffrantes. Ce montage a duré 15 jours et a nécessité la présence de 6 compagnons. Table coffrante 7m

40 cm max

TN +0,00

50 cm

Béton de propreté

IPE 400

Fig. 4.4.3.1. : Schéma de principe du montage des tables coffrantes

Les tables de préfabrication reposent sur des IPE 400. Une fouille de 50 cm est réalisée à l’emplacement des tables, afin que celles-ci ne dépassent pas de plus de 40 cm au dessus du terrain naturel. Deux drains reliés aux fossés d’évacuation des eaux de pluies sont mis en place, évitant ainsi que l’eau ne s’accumule dans la fouille. Les IPE reposent sur une couche de béton de propreté. Ils sont mis en place un par un, à l’aide d’un chariot élévateur et de sangles.

- 36 -


Fig. 4.4.3.2. : Mise en place des IPE 400 sur un béton de propreté

Les tables (7m x 2,5m) sont ensuite posées sur les IPE à l’aide d’un chariot élévateur et d’élingues, réglées à niveau et boulonnées entre elles afin de réaliser 3 bancs de préfabrication de 7m x 20m.

Fig. 4.4.3.3. : Mise en place des tables coffrantes sur les IPE

Les joues de coffrage sont ensuite installées sur les tables. Ces joues ont une hauteur moyenne de 15cm et permettent le coffrage à plat des dalles.

- 37 -


Fig. 4.4.3.4. : Installation des joues de coffrage Les bancs sont alors prêts à être coulés. Les joues fixes sont soudées aux tables et les joues amovibles sont solidement maintenues en place par un système de butons.

Fig. 4.4.3.5. : Le coffrage de 7 dalles est prêt à être coulé

4.5.

Le levage et la manutention

Du fait de la dimension des dalles (5,24m x 2,60m x 0,15m) et de l’effort d’adhérence du béton sur la tôle du coffrage, une capacité de levage d’au moins 9 tonnes est nécessaire (les plus grosses dalles pèsent 5 tonnes et l’effort d’adhérence du béton sur le coffrage est estimé à 4 tonnes). Lors de l’étude de prix, ce poste représente environ 10% du budget total. Mon travail a donc consisté en la définition et en l’optimisation de tout le système de levage et de manutention des éléments préfabriqués. - 38 -


4.5.1. L’outil de levage Lors de l’étude, une grue à tour, montée sur rails a été préconisée. Cependant, l’installation d’un tel système n’était pas des plus judicieux : coûts élevés, modularité limitée, nécessité d’un grutier qualifié, … Ainsi, afin de réduire considérablement les coûts relatifs au système de levage, il a été décidé d’utiliser un chariot élévateur d’une capacité de 10 tonnes. Cet engin de la marque MERLO est très maniable et, contrairement à la grue, permet de déplacer les charges sur de grandes distances.

Fig. 4.5.1.1. : Le chariot élévateur de 10 tonnes Cependant, cet engin n’est équipé que de fourches de levage. Or, afin de lever les dalles et les prédalles, un dispositif à élingues est nécessaire. J’ai donc conçu, dimensionné puis fait réalisé chez un serrurier sous-traitant un crochet de levage adaptable sur les fourches. (Voir annexe 3 : Note de calcul du crochet sur fourche)

Fig. 4.5.1.2. : Crochet de levage pour fourches de chariot élévateur - 39 -


4.5.2. Les boucles et ancres de levage Les points de levage dans les éléments préfabriqués sont également définis. (Voir annexe 4 : Fiche de dimensionnement des ancres Artéon)

Les prédalles : Du fait de leur faible épaisseur (10 cm), seul un système de boucles en acier doux est réalisable. De plus, d’après le bureau d’études il est nécessaire de lever les prédalles par 8 points également répartis. L’utilisation d’un palonnier est donc obligatoire.

Fig. 5.5.2.1. : Boucles en acier doux sur prédalle Les dalles : La possibilité d’utiliser des ancres à œil est envisageable. En effet, l’épaisseur des prédalles est de 15 cm. Il est donc possible d’y insérer et de ne prévoir qu’un système de levage par 4 points. Ces ancres ont donc été dimensionnées. Mais ce système coûte 10% plus cher à l’achat et à la pose que l’utilisation de boucles simples en acier doux. J’ai donc conduit une étude comparative en listant les avantages et inconvénients des deux systèmes afin d’identifier le moyen de levage le mieux adapté au problème.

Mise en place dans le coffrage Protection des points de levage Accrochage, levage

Ancres à œil Artéon Mise en place assez délicate et précise

++ L’ancre se trouve au fond d’une réservation, pas de risque d’être abîmée

+ Nécessité d’utiliser une main de levage spécifique

Traitement après pose

++ Très facile : remplissage de la réservation avec un mortier prêt à l’emploi.

- 40 -

Boucles en acier doux + Mise en place par les ferrailleurs sous-traitant

Boucle qui sort de la dalle, risque d’être pliée, rupture, …

+/Très facile avec simple crochet de levage ./ plus délicat si boucle de levage mal préservée

-Chaque point est à reprendre 3 fois : - découpe de la boucle - passage d’un produit passivant d’acier - ragréage avec un mortier


Suite à cette étude, il a été décidé d’utiliser les ancres à œil Artéon. En effet, ce système présente plus de points positifs en comparaison à l’usage de boucles en acier doux. Notamment au niveau du traitement du dispositif après la pose de la dalle sur la charpente. En effet, pour les boucles en acier doux, ce traitement est assez contraignant et le temps de main d’œuvre nécessaire à l’exécution de ces travaux n’est pas pleinement maîtrisé.

Fig. 4.5.2.2. : Détail du ferraillage de la dalle et de l’ ancre Artéon

Fig. 4.5.2.3. : Levage de la dalle avec manille spécifique

4.6.

Cinématique de mise en œuvre du béton et de décoffrage

La mise en œuvre du béton a lieu chaque matin. Il s’agit en effet de couler 6 ou 7 dalles et 7 prédalles en 2 heures. Pour se faire, une équipe de 8 compagnons est nécessaire. La mise en œuvre du béton, se fait par déversement direct du béton dans le coffrage depuis la goulotte de la toupie. Le béton est étalé à l’aide de râteaux dans chacun des moules puis vibré par les vibreurs de peau durant une quarantaine de secondes. Le béton est alors réglé puis taloché soigneusement.

- 41 -


Fig. 4.6.1. : Le béton est déversé dans le coffrage à la goulotte

Un système de fixation au dessus du coffrage permet de maintenir en place les douilles de levage Artéon et leur coquille de réservation en caoutchouc.

Fig. 4.6.2. : Système de maintien des ancres Artéon

Après 24 heures de prise du béton, il est possible de démonter les joues amovibles du coffrage. Puis, il s’agit de décoffrer chaque dalle par simple levage à l’aide du chariot élévateur de 10 tonnes. Chaque dalle pèse 5 tonnes environ, et la force d’adhérence du béton sur le coffrage métallique est estimée à 4 tonnes.

- 42 -


Fig. 4.6.3. : L’élingage des dalles se fait au niveau du centre de gravité de la pièce

Fig. 4.6.4. : Le décoffrage est réalisé par simple levage à l’aide du chariot élévateur

- 43 -


4.7.

Le stockage des éléments préfabriqués

Les dalles sont stockées par piles de 4 dalles. Afin de l’isoler du sol, la dalle la plus basse repose sur deux bastaings de 2,60 m de long posés à plat (environ 1 bar sous chaque bastaing). Les dalles au-dessus sont séparées des précédentes par deux bastaings 63x175 de 2,00 m de long posés sur la tranche (afin d’assurer l’écartement nécessaire aux cadres en attente). Les parties en béton du dessous des dalles, faces qui seront visibles sous le tablier des viaducs et en contact avec le bois, sont protégées par un plastique afin de ne pas marquer la dalle par contact prolongé du bois sur le béton. Bastaings sur la tranche (17,5 cm de haut.) 5,24 m Fers en attente (15 cm de haut.) 1,18 m TN +-0,00

Bastaings à plat (6,3 cm de haut.)

Fig. 4.7.1. : Principe de stockage des dalles préfabriquées

Les prédalles quant à elles sont stockées par piles de 7. Afin de l’isoler du sol, la prédalle la plus basse repose sur deux bastaings de 2,60 m de long posés à plat (environ 1,25 bar sous chaque bastaing). Les prédalles au-dessus sont séparées des précédentes par deux chevrons 60x80 de 2,00m de long.

- 44 -

Mathieu GASCHEN Projet de fin d’études 5,42 m Chevrons (6 cm de haut.) 1,25 m TN +-0,00

Bastaings à plat (6,3 cm de haut.)

Fig. 4.7.2. : Principe de stockage des prédalles

4.8.

Le suivi des dalles et des prédalles

Pour les quatre viaducs des lots B2-B3-B4, plus de 500 dalles et prédalles sont à préfabriquer. Il est donc essentiel de concevoir un planning de coulage des éléments et de mettre un place un système de suivi très rigoureux des dalles réalisées. Pour se faire, j’ai défini un mode de désignation des éléments et conçu un planning de coulage journalier. (Voir : - annexe 5 : Plan de coulage des dalles de Linotte - annexe 6 : Planning de coulage des dalles de Linotte)

4.8.1. L’identification des dalles Le marquage des dalles et des prédalles s’effectue sur la peau supérieure des éléments préfabriqués à l’aide d’un marqueur appelé Fixolide. Le but est de désigner les dalles avec le moins de caractères possibles et ainsi faciliter le marquage et limiter les erreurs. Il a été décidé que le marquage de chaque dalle sera constitué de : 1. une lettre qui désigne l’initiale du viaduc auquel la dalle est destinée. 2. un chiffre qui désigne le type de dalle (Ex : pour Linotte, il existe 7 types de dalles marqués de 1 à 7) 3. un numéro indice qui correspond à l’ordre de coulage de la dalle Ainsi, par exemple, on aura :

L3-57 Viaduc de Linotte Type de dalle - 45 -

57ième dalle de Linotte coulée


Pour les autres viaducs, le même type de notation sera conservé, seule l’initiale change : Q pour Quenoche, O pour Ognon, C pour Corcelles. On procède de même pour l’identification des prédalles. En effet, il n’est pas nécessaire de modifier la notation car la différence est visible du point de vue même de la géométrie des éléments préfabriqués.

4.8.2. Le planning de coulage journalier Le planning de coulage journalier est un document de suivi des dalles réalisées et celles en prévision. Il récapitule le jour de coulage des dalles, leurs dimensions, leur identification, et également le volume de béton à mettre en oeuvre. Une feuille par jour est éditée. Un tableau schématise la position de chaque dalle sur le coffrage. L’équipe de compagnons suit alors ce plan pour coffrer les dalles aux bonnes dimensions. Ce document est préalablement distribué aux ferrailleurs qui connaissent alors les besoins en ferraillage, et sont donc capables de préfabriquer les cages d’armatures à l’avance. Les feuillets sont ensuite rassemblés dans un classeur. Ainsi, si un défaut de coffrage est observé lors de la pose des dalles, il sera possible de retrouver les dalles non-conformes. En effet, ce document indique précisément la position de chaque dalle sur les coffrages.

- 46 -


Fig. 4.8.2. : Exemple du planning de coulage des dalles au 15/05/07

- 47 -


4.9.

L’installation de chantier de l’aire de préfabrication

4.9.1. Surface nécessaire Nous avons déterminé au plus juste la surface de la plate forme nécessaire à l’exécution de ces travaux. La surface de plate-forme doit être de 3500m² minimum, permettant de prévoir : - 1600 m² pour les bancs de préfabrication et zones de circulations autour. - 400 m² correspondant à une zone de préfabrication des armatures métalliques - 1500 m² d’espace de stockage de nos éléments préfabriqués.

4.9.2. L’emplacement de la plate-forme de préfabrication Le site de l’installation de la plate-forme de préfabrication a été défini en coopération avec les responsables de GTM Terrassement. En effet, afin de pouvoir économiser un coût certain quant au terrassement de la plate-forme, nous souhaitions nous installer sur l’emprise même de la future ligne LGV. Pour se faire, il a fallu déterminer une zone où nos installations ne dérangeront ni les travaux de terrassement de la voie, ni les riverains. Il nous est alors apparu possible d’installer cette plate-forme à proximité de la centrale à béton de Thieffrans. Ainsi, la plate-forme se situe entre la piste d’accès aux travaux de terrassement de la LGV et le tracé du nouvel aménagement de la RD49. Le modelage de la plate forme est alors réalisé par GTM Terrassement ; elle sera remblayée selon les plans du projet lorsque nous aurons quitté la zone (période prévue novembre 2007).

Fig. 4.9.2. : L’aménagement de la plate-forme de préfabrication par GTM Terrassement. - 48 -


4.9.3. Le plan d’installation de chantier L’installation de chantier est constituée : -

d’un bungalow à usage de bureau. Ce bungalow est relié au réseau électrique public et est équipé de l’eau courante,

-

d’un container pour le rangement du matériel de chantier,

-

d’un groupe électrogène (60 kWa) pour l’alimentation des vibreurs de peau des coffrages,

-

d’un abri pour plans : cet abri permet la lecture de plans même lors d’intempéries,

-

d’un ensemble trépied et bac de rétention pour fûts. Le trépied permet le stockage des fûts de 200 litres d’huile de décoffrage et de produit de cure. Le bac est placé sous le trépied et évite la dispersion des fuites de produit dans l’environnement.

- 49 -


Fig. 4.9.3. : Plan d’installation du chantier de préfabrication

- 50 -


4.10.

La pose des éléments préfabriqués

Une fois les dalles préfabriquées, les éléments doivent être acheminés sur les lieux des viaducs et posés sur la charpente métallique. Il s’agit ainsi de transporter les dalles depuis la plate-forme de préfabrication à Thieffrans jusqu’à la plate-forme de lancement des charpentes des différents viaducs. Les dalles y sont alors pré-stockées puis posées sur la charpente. Ainsi, j’ai défini l’ensemble des méthodes et des moyens mis en place quant aux travaux de pose des dalles.

4.10.1.

Le transport des dalles

Le transport des dalles est essentiellement réalisé par la piste de chantier longeant le tracé de la LGV. Cette disposition est prise afin de limiter le nombre de convois exceptionnels (certaines dalles mesurent jusqu’à 2,65 m de large, ce qui nécessite un convoi exceptionnel de catégorie 1). Une remorque plateau de 12 m de longueur est utilisée pour le transport. La charge maximale de transport est de 25 tonnes. Chaque dalle pèse entre 5 et 5,5 tonnes. Ainsi, il est possible de transporter 4 dalles par voyage. Les dalles sont chargées sur la remorque en 2 piles de 2 dalles à l’aide du chariot élévateur présent sur la plate-forme de préfabrication. Chaque pile est sanglée afin d’éviter tout renversement du chargement lors du transport.

Fig. 4.10.1. : Schéma du chargement sur la remorque

Une fois livrées sur la plate-forme de lancement de chaque viaduc, les dalles sont alors stockées en attente d’être posées.

4.10.2.

La pose des dalles

Il s’agit de poser, selon les cas, 4 ou 5 dalles entre chaque diaphragme. Les dalles reposent sur une largeur de 7 cm sur les semelles inférieures des poutres PRS. Entre la semelle et la dalle, un joint doit être mis en place afin d’assurer l’étanchéité lors du coulage de la longrine de clavage.

- 51 -


Fig. 4.10.2.1. : Coupe transversale de dalle sur la charpente

Entre deux dalles consécutives, un espace théorique de 16mm est requis. Cet écartement est seulement donné à titre indicatif et pourra être légèrement modifié lors de la mise en place des dalles.

Fig. 4.10.2.2. : Détail de l’écartement entre deux dalles consécutives

La semelle inférieure de la charpente métallique n’est pas continuellement à la même hauteur. En effet, l’épaisseur des semelles des poutres PRS est variable. Ainsi, certaines dalles chevauchent ces changements d’épaisseur. Pour se faire, il faut rapporter un calage en mortier sous la dalle en porte à faux.

Mortier

Fig. 4.10.2.3. : Détail de l’écartement entre deux dalles consécutives

- 52 -


4.11.

La procédure Qualité – Sécurité – Environnement

Les moyens mis en œuvre et les méthodes définis, j’ai rédigé la procédure d’exécution relative au chantier de la préfabrication des dalles et des prédalles. (Voir : - Annexe 7 : Procédure de préfabrication et stockage des dalles et prédalles - Annexe 8 : Procédure de pose des dalles sur plate-forme de lancement)

4.11.1.

Définition de la procédure d’exécution

Cette procédure précise les moyens mis en œuvre, la méthodologie de réalisation ainsi que les contrôles à effectuer pour un type de travaux définis. La procédure est soumise à l’approbation du maître d’œuvre puis expliquée et commentée au chef de chantier chargé de l’exécution des travaux. La procédure d'exécution est un document qui doit décrire : • le mode de réalisation d'une phase d'exécution ou d'une technique particulière employée sur le chantier, • les moyens à mettre en œuvre : humains et matériels, • les moyens de contrôles, • les risques pour chaque phase de travail, au niveau du personnel propre à l’entreprise, du personnel des entreprises extérieures et de l’environnement.

Analyse technique

Procédure d’exécution

P.O.C. (Plan d’organisation des Contrôles) Analyse des risques environnementaux

Fiches de suivi

Fig. 4.11.1. : Schéma fonctionnel de la procédure d’exécution

- 53 -

Sécurité

Moyens matériels et humains

Qualité

Analyse des risques sur la Santé Sécurité au Travail

Environnement

Descriptif du déroulement de la tâche


4.11.2.

Le Plan d’Organisation des Contrôles

La procédure d’exécution comporte le Plan d’Organisation des Contrôles (POC). Celui-ci identifie l’ensemble des contrôles et des points d'arrêt ayant trait à la Sécurité, la Qualité et l’Environnement. Le Plan d’Organisation des Contrôles comporte pour chaque tâche : La nature du contrôle (résistance du béton, côte, …), Qui contrôle (laboratoire de contrôle, chef de chantier, …), A quelle fréquence (à chaque bétonnage ou toutes les toupies…), Quel résultat est attendu (30 MPa, 10 cm…), Quelle est la tolérance (> 15 MPa, 8 +/- 2 cm), La formalisation et le support (PV écrasement, Bon de Livraison, Fiche de Suivi), Point critique (Oui / Non), Point d’arrêt (Oui / Non). De ces points de contrôle découle la fiche de suivi. Cette fiche permet de formaliser chaque contrôle et sera conservée comme preuve dans le dossier de récolement.

4.12.

Le suivi financier des travaux de préfabrication

Le choix de réaliser les dalles en préfabrication foraine est un choix principalement financier. Il est donc primordial de comparer le budget à l’évolution des dépenses et ainsi pouvoir les contrôler. J’ai donc réalisé ce travail de suivi financier tout au long de l’avancement des travaux. J’ai ainsi pu le comparer au budget prévu à l’étude et connaître précisément le prix de revient de chaque élément préfabriqué. (Voir annexe 9 : Calcul du prix de revient des éléments préfabriqués)

4.12.1.

Suivi et contrôle des dépenses

Lors de l’étude de prix, un budget de 610 000 euros a été défini. Ce coût estimatif est ventilé en 8 catégories de dépenses : • L’aménagement de la plate-forme de préfabrication : Coût des travaux de terrassement de la zone, d’ajout de remblais et de nivellement, • Les moyens sur le chantier : Coût de locations et d’achats des différents équipements du chantier tels que le bungalow, le container, le groupe électrogène,… • Les bancs de préfabrication : Coût de location du matériel de coffrage des éléments préfabriqués, • Les moyens de levage : Coût d’utilisation et de fonctionnement de l’outil de levage des éléments préfabriqués, • Matériel consommable : Coût du petit outillage, bois de coffrage, huile de décoffrage, … • Réalisation des dalles et prédalles : Coût de réalisation des éléments préfabriqués (main d’œuvre et matériaux).

- 54 -


A partir de ce tableau, il est alors possible de rentrer les dépenses réelles. Ainsi, connaissant l’avancement des travaux, on connaît l’écart cumulé entre les dépenses et le budget.

A partir de ces résultats, il est possible d’établir un premier bilan financier à la fin du mois de mai 2007. On peut par exemple remarquer que le coût de terrassement de la plate-forme a été très sousestimé lors de l’étude de prix. Cependant, le prix du banc de coffrage est beaucoup moins important que prévu. En effet, le coût d’utilisation des tables coffrantes est deux fois moins important que le coût de mise en place d’un coffrage de dalles vertical. De même, l’étude de prix préconisait l’utilisation d’une grue. Or comme le choix s’est porté sur l’utilisation d’un chariot élévateur, le coût des moyens de levage a pu être divisé par deux. Ainsi, les économies réalisées sur ces deux postes permettent de compenser le coût de la plate-forme. Le coût de réalisation des dalles et des prédalles se révèle être très proche du coût prévisionnel. En effet, le respect des cadences de coulage a permis de contrôler le nombre d’heures de main-d’oeuvre.

- 55 -


4.12.2.

Le calcul du coût de revient des éléments préfabriqués

Le prix de revient des éléments préfabriqué est calculé à partir des dépenses réalisées sur les mois d’avril et de mai. Il s’agit donc de définir pour chacun des viaducs le prix au m² des dalles et des prédalles. Ce prix dépend du nombre d’éléments à préfabriquer, de la surface à coffrer, et également du temps que durera le chantier de préfabrication. Le tableau suivant donne, pour chaque viaduc, le prix de revient des éléments réalisés en préfabrication foraine. Il est alors possible de comparer ces chiffres aux devis des usines de préfabrication extérieures et aux coûts de l’étude de prix.

Globalement le prix de revient des dalles en préfabrication foraine est 20% moins cher que pour une préfabrication extérieure en usine. De même, grâce aux économies sur le coffrage et les moyens de levage, une économie de 8% est réalisée par rapport à l’étude de marché. Le bilan financier de la préfabrication foraine est donc, dans l’ensemble, très positif. Pourtant, il est envisageable l’améliorer encore. En effet, des pourparlers sont en cours afin de proposer la vente de dalles aux autres entreprises engagées dans la construction des viaducs sur les autres lots de la LGV Rhin-Rhône.

- 56 -


5. Equipages mobiles Afin de réaliser le hourdis supérieur des tabliers des viaducs, l’utilisation d’équipages mobiles est nécessaire. En effet, les hourdis supérieurs des viaducs sont tous de forme identique. Ainsi, il est possible de coffrer le hourdis supérieur avec le même outil quelque soit le viaduc.

5.1.

Cahier des charges de l’équipage mobile

Dans un premier temps, j’ai été amené à définir le cahier des charges de l’équipage mobile. Ce cahier des charges a permis de connaître précisément les besoins d’un tel outil.

5.1.1. Description Il s’agit de définir l’ensemble des besoins pour la conception et/ou la construction de deux équipages mobiles permettant de réaliser 1400m de tablier répartis sur 4 viaducs : Linotte (362m), Quenoche (420m), Ognon (175m), Corcelles (445m). Les ouvrages sont de types tabliers mixtes bi-poutres avec encorbellement, dont la partie centrale du tablier est coffrée à l’aide de prédalles non collaborantes. Ainsi, les équipages ont pour rôle de : • coffrer les encorbellements, • soutenir les prédalles entre les deux poutres métalliques, • reprendre le poids du béton du hourdis supérieur.

5.1.2. Caractéristiques Dans la mesure du possible, les équipages seront : • de structure simple et facile d’utilisation (142 plots de bétonnage sont à réaliser et le but est de limiter les heures de main d’œuvre) • rigides (les encorbellements doivent être coffrés avec une tolérance intrados et extrados de 25mm) • maniables pour le déplacement (l’équipage doit se déplacer le long 1400 m de viaducs) Les équipages seront conçus pour réaliser : • des plots de béton de 11,75m de longueur au maximum et de 12,80m de largeur, • des encorbellements de 3,20m de largeur, • et soutenir les prédalles entre les poutres.

- 57 -


Le tableau suivant récapitule les différentes longueurs de plots de béton à réaliser par viaducs. Viaduc de Linotte Equipage 1 1 2

nb plots 3 14 19

longueur 10,70 10,00 10,00

33 plots de 3 plots de 36 plots

10,70 10,00 362

m m m

4 30 4 38

plots de plots de plots de plots

10,75 11,00 11,75 420,0

m m m m

4 14 5 21 44

plots de plots de plots de plots de plots

9,25 9,60 10,20 11,00 445,0

m m m m m

8 10 6 24

plots de plots de plots de plots

7,50 7,75 6,75 175

m m m m

Viaduc de Quenoche Equipage 1 1 1 2 2

nb plots 4 15 1 15 3

longueur 10,75 11,00 11,75 11,00 11,75

Viaduc de Corcelles Equipage 1 1 1 1 2 2

nb plots 4 5 5 8 9 13

longueur 9,25 9,60 10,20 11,00 9,60 11,00

Viaduc de l'Ognon Equipage 1 1 1 2 2 2

nb plots 4 4 4 2 4 6

longueur 6,75 7,50 7,75 6,75 7,50 7,75

Tableau récapitulatif des longueurs de plots de béton à réaliser par viaducs

- 58 -


5.1.3. Contraintes supplémentaires •

Les plots de bétonnage sont réalisés par pianotage. Un temps de prise de béton de 24h et nécessaire avant décoffrage. Aussi, l’utilisation de 2 équipages est envisageable afin de gagner du temps : un équipage coffre les plots sur les appuis, le deuxième coffre les plots en travée.

•

Le ferraillage est lancé par plots avant montage des équipages, sur toute la longueur des tabliers. Ainsi, dans la cinématique de déplacement, la structure de l’équipage doit tenir compte de la position des aciers.

•

Les manœuvres de coffrage-décoffrage-déplacement seront réalisés par l’hydraulique afin de réduire les tâches manuelles. Aucune fixation sur les âmes des poutres autre que des appuis simples n’est possible. Ces appuis comporteront des pieds coniques afin de les dégager facilement du béton après le coulage.

•

Les équipages seront dotés de toutes les passerelles d’accès (serrage/desserrage des tiges, mise en place des bâches, entretiens, …) Un gabarit d’une hauteur d’homme sera respecté sous les poutres porteuses.

•

Un système de bâche est à prévoir. En effet, on utilisera les équipages en hiver, et il pourra être nécessaire de chauffer le plot bétonné.

•

La première mise en service des équipages est prévue le 31 juillet 2007. Les équipages doivent donc être fonctionnels pour cette date.

5.2.

nécessaires

Les équipages de la LGV Est

5.2.1. La réutilisation d’équipages existants Une fois le cahier des charges des équipages défini, j’ai été amené à lancer une consultation pour la conception et l’achat de deux équipages neufs. A l’issue de cette consultation, la meilleure offre de prix reçu était de 155 000 euros. Cependant, une autre solution, a été proposée. En effet, le groupe GTM possède déjà deux équipages mobiles ayant, entre autre, servis dernièrement pour la construction des ouvrages de la LGV Est, entre Paris et Strasbourg. Il a donc été décidé de réutiliser ces deux équipages sur le chantier de la LGV Rhin-Rhône.

- 59 -


5.2.2. La structure des équipages mobiles Les équipages qui vont être utilisés pour le coffrage des hourdis existent depuis de nombreuses années. Ils ont donc été modifiés de nombreuses fois afin de répondre à toutes les contraintes rencontrées sur les différents chantiers. Cependant, la structure générale est toujours restée la même. Simple de conception et ayant déjà fait ses preuves, il a été décidé de conserver cette même géométrie pour le chantier de la LGV Rhin-Rhône.

Fig. 5.2.2. : Vue en 3 dimensions de la structure de l’équipage L’ossature de l’équipage est donc composée de : •

Quatre chaises (en jaune) : ces chaises sont les appuis de l’équipage sur la charpente métallique. Ces chaises sont installées avant la mise en œuvre du béton, puis retirées une fois l’équipage déplacé. • Deux skis (en rouge) : ces deux HEB 600 sont la base de l’équipage mobile. Ils permettent à l’outil de glisser sur les chaises durant les phases de déplacement de l’outil. • Deux poutres porteuses (en bleu) : constituées de deux HEB 600, ces poutres porteuses reprennent intégralement la charge apportée par le poids du béton frais. En effet, elles sont le support des « C » d’encorbellement (en rose) mais également des tiges d’étaiement soutenant les prédalles. • « C » d’encorbellement (en rose) : ces « C » soutiennent le coffrage des encorbellement. Ils sont reliés aux poutres porteuses par une liaison pivot, permettant une rotation et donc le décoffrage des encorbellements. • Coffrage des encorbellement : ce coffrage est constitué de vaux métalliques (en marron) soutenus par des poutres HEB 220 (en vert) fixés sur les « C » d’encorbellement. - 60 -


5.2.3. Cinématique d’utilisation de l’équipage L’équipage mobile permet de coffrer environ 11 mètres linéaires du hourdis supérieur des tabliers des viaducs. L’outil travaille par plots : 142 coffrages/décoffrages sont à réaliser pour l’ensemble des 4 viaducs. La cinématique d’utilisation de l’équipage est la suivante : 1. Décoffrage du plot précédemment bétonné : Après la prise du béton, les « C » d’encorbellement sont mis en rotation à l’aide de vérins ce qui permet le décoffrage.

Fig. 5.2.3.1. : Décoffrage du plot précédemment bétonné

2. Avancement de l’outil sur la charpente : Une fois les « C » décoffrés, l’équipage est prêt à être glissé. De nouvelles chaises sont installées en avant sur la charpente. Puis l’équipage, tiré à l’aide d’un treuil, glisse sur ses skis et est positionné sur le plot suivant.

- 61 -


Fig. 5.2.3.2. : Avancement de l’équipage sur la charpente

3. Coffrage du plot suivant : Lorsque l’équipage est en place, les « C » sont alors repositionnés en position coffrante. Il est alors possible de procéder au nouveau bétonnage.

Fig. 5.2.3.3. : Coffrage du nouveau plot à bétonner

- 62 -


5.3.

Les modifications apportées aux équipages

L’équipage utilisé sur la LGV Est a été dimensionné pour ne coffrer que des plots de 10,50 m. Or, dans la configuration des viaducs de la LGV Rhin-Rhône, les plus grands plots mesurent 11,75m. Il a donc fallu prévoir une adaptation et modifier certaines pièces de la structure. Le but de ces modifications est d’obtenir une valeur de flèche maximale du plot bétonné conforme aux demandes du maître d’œuvre, à savoir 25mm. Le développement ci-dessous présente les principales modifications apportées à la structure de l’outil coffrant, ainsi que l’évolution des valeurs de flèche. Les calculs ont été réalisés à l’aide du logiciel RDM 6 et la note de calcul donnée en annexe indique le détail des résultats. (Voir annexe 10 : Note de calcul de l’équipage mobile) (Voir plans de l’équipage mobile)

5.3.1. Le raidissement de la structure des vaux Les profilés porteurs des vaux sont des HEB 220. Sur l’équipage de la LGV Est, ces profilés sont au nombre de 2 et mesurent 12 m. Ces profilés sont soutenus par les deux « C » d’encorbellement, d’entraxe 5,33m. Poutre porteuse HEB 600 « C » d’encorbellement

Ski Vaux de coffrage

Poutre PRS Charpente métallique

Fig. 5.3.1.1. : Configuration de l’équipage à deux profilés porteur de vaux

Cependant, afin de réaliser les plots de 11,75m de la LGV Rhin-Rhône, ces profilés doivent mesurer 14m de longueur. Il y a donc une augmentation de la portée, et donc une augmentation de la flèche de ces profilés. En solution, il a été proposé de renforcer ces profilés porteurs des vaux par l’ajout d’un 3ième HEB 220.

- 63 -


Fig. 5.3.1.2. : Configuration de l’équipage à trois profilés porteur de vaux

Un calcul de flèche des HEB 220 a été effectué suivant les 2 cas (solution avec 2 profilés et solution avec 3 profilés). Les charges prises en compte sont : 3 • le poids propre des profilés : 78,5 kN/m • le poids des vaux de coffrage, estimé à : 1,20kN/m² • les surcharges d’exploitation : 0,75 kN/m² 3 • le poids du béton frais : 25 kN/m Géométrie :

Le tableau suivant présente les flèches obtenues pour les deux cas et les différentes longueurs de plots à réaliser :

- 64 -


La solution de rajouter un profilé HEB 220 sous les vaux permet de diminuer significativement les valeurs de flèches. Pourtant on remarque que pour les plots de longueur supérieure à 11,00 m, cela n’est plus suffisant. Une modification complémentaire est donc nécessaire.

5.3.2. L’augmentation de l’entraxe des « C » Les 3 profilés HEB 220, porteurs des vaux sont soutenus par les « C ». A l’origine ces « C » ont un entraxe de 5,33m. Il s’agit donc d’augmenter cet entraxe afin de diminuer la flèche prise par les HEB 220 sous chargement. Les charges prises en compte sont identiques au paragraphe précédent. Géométrie :

Le tableau suivant présente les valeurs de flèche obtenues pour différents entraxes de « C ».

La solution d’un entraxe de « C » à 6,60 m a été choisie. Elle implique une modification d’un certain nombre de pièces de l’équipage, et notamment l’ajout de rallonges sur les skis. Les pièces doivent donc être découpées, et un système de platines doit y être adapté. Ces modifications seront sous-traitées à une entreprise de serrurerie.

- 65 -


Fig. 5.3.2.1. : Plan d’un ski avant modification

Fig. 5.3.2.2. : Plan du ski rallongé

Fig. 5.3.2.3. : Détail des platines

- 66 -


5.3.3. La vérification de la flèche totale de la structure Les précédents calculs de flèches des encorbellements ont été réalisés dans l’hypothèse d’une structure des éléments porteurs de l’équipage parfaitement rigide. Dans la réalité, ces éléments fléchissent également. Il s’agit donc de calculer les déformations de chacun des éléments sous les cas de charge les plus défavorables, et ainsi de définir la flèche finale que va prendre l’équipage sous les charges du béton et d’exploitation. On obtient les valeurs de flèches suivantes pour un plot de béton de longueur 11,75 m: •

Déformée du HEB 600 (traverse de l’équipage) : 12 mm • Déformée du HEB 200 (structure du « C ») : 1 mm • Déformée du HEB 220 (profilé porteur des vaux) : 9 mm La flèche finale de l’encorbellement est donc de 22mm. L’équipage est vérifié. (La tolérance demandée est de 20mm + portée/2000 = 25 mm).

- 67 -


CONCLUSION

Ce projet de fin d’études a eu pour objet l’étude de la réalisation des tabliers de 4 viaducs. Dans le but d’effectuer ce travail, j’ai intégré l’équipe travaux de la cellule ouvrage d’art du chantier de la LGV Rhin Rhône. Ainsi, durant les 20 semaines de projet, je me suis attelé à définir et à mettre en œuvre les différentes méthodes et les moyens nécessaires à la réalisation des hourdis de ces viaducs.

Mon travail s’est déroulé en deux étapes. Dans un premier temps, j’ai été amené à concevoir et à un mettre en place un chantier de préfabrication foraine, puis dans un second temps, j’ai travaillé à l’étude de l’équipage mobile qui sera utilisé pour coffrer le hourdis supérieur des tabliers.

Concernant le chantier de préfabrication, la production de dalles a démarré dès le mois d’avril 2007 et devrait se prolonger jusqu’à fin novembre 2007. Un mois après cette mise en route, la production a atteint la cadence souhaitée lors de l’étude de prix. En effet, l’outil de coffrage s’est révélé simple et rapide d’utilisation. De même, du point de vue financier, les dépenses correspondent au budget prévu initialement. Je pense que les résultats financiers vont encore être améliorés. En effet, il serait possible de vendre des dalles préfabriquées aux entreprises présentes sur les autres lots de la LGV Rhnin-Rhône.

Le travail sur l’équipage mobile a, quant à lui, réellement débuté au mois de mai. J’ai ainsi participé à l’étude des premières modifications à apporter à la structure. Cependant de nombreuses sont encore à venir comme : la définition de l’étaiement des prédalles, la définition du système de rotation des « C » d’encorbellement, l’ajout de passerelles de travail,… Ainsi, un long travail reste encore à fournir sur ce sujet.

Mon Projet de Fin d'Etudes chez GTM m'a permis de découvrir les divers aspects liés aux différentes étapes de réalisation d’un chantier. Cette expérience très enrichissante m'a permis d'améliorer mes compétences techniques, en abordant les aspects des méthodes, des études de prix, de l’élaboration de plannings, et également sur la mise en œuvre et la réalisation des travaux.

- 68 -


Sommaire des Annexes Annexe 1 : Détail du calepinage des dalles du viaduc de Quenoche Annexe 2 : Détail du calepinage des prédalles du viaduc de Quenoche Annexe 3 : Note de calcul du crochet sur fourche pour chariot élévateur Annexe 4 : Fiche de dimensionnement des ancres Artéon Annexe 5 : Plan de coulage des dalles du viaduc de Linotte du 11/05/07 Annexe 6 : Planning de coulage des dalles du viaduc de Linotte Annexe 7 : Procédure pour la préfabrication et le stockage des dalles et prédalles Annexe 8 : Procédure de pose des dalles du hourdis inférieur sur plate-forme de lancement Annexe 9 : Calcul du prix de revient des éléments préfabriqués Annexe 10 : Note de calcul de l’équipage mobile

Plans •

Viaduc de Linotte : Hourdis inférieur – coffrage

•

Viaduc de Linotte : Hourdis supérieur – coffrage

•

Plan des coffrages de préfabrication : Banc 1 – Hourdis inférieurs

•

Plan de l’équipage : Vue en plan et coupes

- 69 -

Gaschen Rapport de Pfe

Recommend Documents